JP2007517956A

JP2007517956A - 研磨剤を被覆する方法

Info

Publication number: JP2007517956A
Application number: JP2006548469A
Authority: JP
Inventors: イーガン、デーヴィッド、パトリック; エンゲルス、ヨハネス、アレクサンダー; フィシュ、マイケル、レスター
Original assignee: エレメントシックスリミテッド
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: EP1709139A1; KR20070003832A; KR101103876B1; DE602005008009D1; ZA200605819B; EP1709139B1; JP4850074B2; ATE400625T1; RU2378231C2; ES2309710T3; US20070157525A1; RU2006129351A; WO2005078045A1; AU2005213533A1; CA2553567C; CA2553567A1; CN1934211A

Abstract

被覆された超硬研磨材特に被覆されたダイヤモンドおよびＣＢＮ材料を製造する方法。第一工程においては、高温被覆法を使用して、研磨材の表面に炭化物、窒化物またはホウ化物を（単独で又は組合せで）形成することができる元素を適用する。内層の上には、物理蒸着または化学蒸着によって、遷移金属類、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物および炭窒化物形成性の金属類、金属炭化物類、金属窒化物類、金属ホウ化物類、金属酸化物類および金属の炭窒化物類、ホウ窒化物類およびホウ炭窒化物類を含む群から選ばれた被覆材の少なくとも一つの外層を適用する。代表的には、内層元素は周期表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＩＩＩｂおよびＩＶｂ族から得られ、そして例えば、バナジウム、モリブデン、タンタル、インジウム、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、ホウ素およびケイ素が挙げられる。外側被膜は好ましくは、反応性スパッタリングによって適用され、そこでは、反応性ガスがスパッタリングチャンバーに与えられて、結果として反応性ガスとスパッタリングされた元素との化合物の付着を生じる。

Description

本発明は超硬研磨材（ｓｕｐｅｒ−ｈａｒｄａｂｒａｓｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ），特に砥粒（ａｂｒａｓｉｖｅｇｒｉｔ）を被覆する方法に関する。

ダイヤモンドや立方晶窒化炭素の粒子のような砥粒は、のこ引き（ｓａｗｉｎｇ）、穴あけ（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、つや出し（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）またはその他の研磨および切削（ｃｕｔｔｉｎｇ）用途に広く使用されている。かかる用途においては、砥粒は一般に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕおよびそれらの合金のような金属（金属結合剤（ｍｅｔａｌｂｏｎｄｓ））からなるマトリックスによって取り囲まれている。代替では、樹脂（樹脂結合剤（ｒｅｓｉｎｂｏｎｄ））またはガラス質（ガラス質結合剤（ｖｉｔｒｅｏｕｓｂｏｎｄ））マトリックスが使用されており、マトリックスの選択は研磨剤を使用する具体的用途の関数である。

研磨工具の製造における砥粒の使用はそれの諸問題から免れてはいない。切削工具の製造中には、たとえば、ダイヤモンド粒子含有のこセグメント（ｓａｗｓｅｇｍｅｎｔｓ）の焼結中には、酸素は、結合剤マトリックスを形成する金属粉の中の溶解酸素として又は雰囲気中の気体状形態中の溶解酸素としてのどちらかで存在するであろう。焼結温度においては、この酸素はダイヤモンド粒子の表面を攻撃しやすく、それが粒子を弱くする。用途によっては、結合剤マトリックスは、ダイヤモンド合成のための溶剤／触媒として典型的に使用されている金属から成ってもよい。かかる金属の例はＦｅ、ＣｏおよびＮｉである。溶融状態では、これら金属はダイヤモンドを溶解することができ、冷却時にそれが沈殿して黒鉛を形成する。ダイヤモンド表面のこの黒鉛化の過程は粒子を弱めるばかりでなく、結果として結合剤中での劣った粒子保留性を生じさせるであろう。

ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族の遷移金属（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷ）またはそれらの合金、および／またはそれらのそれぞれの炭化物からなる金属でダイヤモンドを被覆することは砥粒の性能を改善することが明らかにされている。特に、被覆ダイヤモンドはのこ引き、研削および穴あけのように金属結合剤適用において広く使用されている。

ダイヤモンド粒子を保護するための被覆については、それは結合剤マトリックスと粒子との間にバリヤを形成しなければならない。言い換えると、それは結合剤マトリックスの成分が通過して粒子表面と接触することができないように不浸透性で且つ密であるべきである。成分が被膜を通過する一つの様式は被膜を通っての固相拡散（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）による。代わりに、被膜が不完全であったり、亀裂があったり又は多孔質であったりすると、成分は被膜を通過して粒子表面に到達するかも知れない。被膜は最初には密で不浸透性であろうが、焼結過程中に例えば結合剤マトリックスとの合金化によって相変化が起こるかもしれず、それは結果として、より密でない合金または多分多孔質被膜の形成を生じ、それは結合剤マトリックス成分が被膜を通って粒子表面へ通過することを許す。

上記の損傷様式の幾つかは時間または温度依存性であろう。短い焼結時間では、問題が発現するのに十分な時間が存在しないが、攻撃的な焼結条件たとえば長い焼結時間や高い焼結温度のもとでは、これら損傷が現われてくるであろう。

砥粒の上に金属層を付着させる方法はＬ．Ｈｏｌｌａｎｄ，ＣｈａｐｍａｎａｎｄＨａｌｌによる“ＶａｃｕｕｍＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＴｈｉｎＦｉｌｍｓ（薄膜の蒸着）”（第１版、１９５６年）の中に記載されているようなＰＶＤ法を包含する。ＭＪＨａｍｐｄｅｎ−ＳｍｉｔｈａｎｄＴＴＫｏｄａｓによって“ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（化学蒸着）”（第１巻第１号、１９９５年）の中に記載されているような気相ＣＶＤ法も使用できる。代替の熱拡散法は、ＶＧＣｈｕｐｒｉｎａ（ＳｏｖｉｅｔＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＭｅｔａｌＣｅｒａｍｉｃｓ１９９２年第３１巻第７号第５７８〜８３頁および同１９９２年第３１巻８号第６８７〜９２頁）によって記載されているような、砥粒を酸化された金属粉と混合しそして不活性雰囲気（通常、真空）のもとで加熱することを伴う。金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法においては、粒子は適切な気体環境（たとえば、次の一つまたはそれ以上を含有する非酸化的環境：不活性ガス、水素、炭化水素、減圧）の中でコートすべき金属（Ｔｉ）を含有する金属ハロゲン化物に曝露される。金属ハロゲン化物は過程の一部として金属から生成されてもよい。

混合物は熱サイクルを受け、その間に金属ハロゲン化物がＴｉを粒子表面に輸送し、そこでＴｉが放出され、そして粒子に化学結合する。溶融塩の化学と技術に関する第１回国際会議の議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ１ｓｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｏｌｔｅｎＳａｌｔＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第２６５頁（１９８３年）にＯｋｉとＴａｎｉｋａｗａによって記載されているような溶融アルカリ金属ハロゲン化物の使用もまた、ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ遷移金属でダイヤモンドを被覆する手段を呈している。この後者の方法はＣＶＤ法のそれに似た化学作用を使用している。

米国特許第５，０２４，６８０号明細書は工具マトリックス中での保留性を改良するための多層被覆ダイヤモンドグリット（ｇｒｉｔ）を記載している。被覆グリットは、ダイヤモンドに化学的に結合した強い炭化物形成体（ｓｔｒｏｎｇｃａｒｂｉｄｅｆｏｒｍｅｒ）好ましくはクロムの金属炭化物の第一被覆層と、第一金属層に化学的に結合した酸化抵抗性炭化物形成体好ましくはタングステン、タンタルまたはモリブデンの第二金属被膜を含んでいる。ニッケルのような合金化性金属の第三金属層被膜が加えられてもよい。グリットに金属の第一層を金属蒸着によって適用し（この層の化学蒸着は利益をもたらさないと云っている）、その後に第二層金属を化学蒸着によって適用することによって、被覆グリットが製造される。

Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉのような元素がダイヤモンドを黒鉛化し得るということは周知である。炭化クロムが被覆材として使用された場合、それはかかる黒鉛化（例えば、鉄の場合における）を阻止することには特に有効でなく、そのことがその有効性を制限している。
第二層は特異に厚い層でもある。従って、第一層に化学的に結合された第二層を有することは必要であり、かかる化学結合を生じさせるのには高温被覆法または別の加熱工程どちらかの使用を要求する。

米国特許第５，２３２，４６９号明細書は、研磨工具における改善された耐摩耗性能を有する多層被覆ダイヤモンド研磨粒子を記載している。被覆は単一の均質な炭化物形成性金属下地層、好ましくはクロム下地層を含んでおり、それはダイヤモンド研磨粒子の表面に化学的に結合されている。下地層を付着させる適切な方法は充填塩セメンテーション法（ｐａｃｋｅｄｓａｌｔｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ）であると云われている。下地層を付着させるためのその他の方法は化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＣＶＤ）、特に、低圧化学蒸着（ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＬＰＣＶＤ）が挙げられると云っている。下地層の上には、少なくとも一つの非炭化物形成性の第二層が無電解付着によって適用される。それは代表的にはニッケル／リンまたはコバルト／リンから構成される。

無電解付着される外層の使用は、可能な外層をたとえばＮｉおよびＣｏのような比較的少数の遷移金属に制限する。これら金属は、複合被覆にいくつかの好ましい諸性質を授けるかも知れないが、後続の焼結サイクル中に下層の金属炭化物層を貫通しダイヤモンドの黒鉛化を触媒することがあるという不利益を有している。これは結果としてダイヤモンドからの被膜の剥離を生じさせる。

もう一つの制約はこれら金属が、被覆ダイヤモンド粒子を保持するのに使用されたマトリックスの中に典型的に見出されることである。従って、それらをダイヤモンド上に追加被膜として存在させることに殆ど利益が加わらない。

（発明の概要）
本発明によれば、被覆された超硬研磨材を製造する方法は、高温被覆法（ｈｏｔｃｏａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）を使用して研磨材の表面（単数または複数）に内層として炭化物、窒化物またはホウ化物を（単独で又は組合せで）形成することができる元素を適用し、そして遷移金属類、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物および炭窒化物形成性の金属類、金属炭化物類、金属窒化物類、金属ホウ化物類、金属酸化物類および金属の炭窒化物類、ホウ窒化物類およびホウ炭窒化物類を含む群から選ばれた被覆材の少なくとも一つの外層を適用する、諸工程を含む。

代表的には、内層元素は周期表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＩＩＩｂおよびＩＶｂ族から得られ、そして、たとえば、バナジウム、モリブデン、タンタル、インジウム、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、ホウ素およびケイ素が挙げられる。

内側の層または被膜の適用は、金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法、ＣＶＤ法、または熱拡散法を含めていずれの適する高温被覆法によってもよく、それは結果として内層中の金属と基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の間に化学結合を生じる。

外側被膜の適用はかかる被膜のしばしば競合する要求の釣り合いを達成するように被膜の物理的および化学的諸性質を調整するように選択される。この利点を挙げる：
高温被覆技法によって達成可能であるものよりも厚い被膜を超硬研磨材の上に付与し、それにより、それをより頑強にし、そしてより高い温度に耐えることができるようにし、そして攻撃性元素（たとえば、研磨工具構成要素の結合剤マトリックスの中の）の通過を遅延させることができるようにし、それによって、基質の又はその一部の酸化または黒鉛化のような化学的攻撃を阻止する；
攻撃的元素の通過を阻止する組成物による被覆層を提供し、それによって内層および基質を化学的攻撃またはその他の劣化過程から防護する；
焼結のような後続の加工工程中での酸化またはマトリックス元素による攻撃に耐性である組成物による被覆層を提供する、そうでないと、被膜の主な役割（保留性と基質の防護）のどちらか又は両方をあやうくする；および、
改善された、被膜系とマトリックスの適合性、結果として被膜系とマトリックスの間に改善された結合を生じさせる。

外側被膜は好ましくは、物理蒸着、たとえば、反応性ガスがスパッタリングチャンバーに与えられ結果として反応性ガスとスパッタリングされた元素との化合物の付着を生じさせる反応性スパッタリング、によって適用される。例はそれぞれ炭化水素または窒素を与えることによって形成された炭化チタンまたは窒化チタンが挙げられる。

超硬研磨材は代表的にはダイヤモンドまたはｃＢＮ系であり、そしてダイヤモンドまたはｃＢＮグリット、ＰＣＤ基質、熱安定性ＰＣＤ（ＴＳＰＣＤ）基質、ＰｃＢＮ基質、ＣＶＤダイヤモンド皮膜、または単結晶ダイヤモンド基質を挙げてもよい。

（好ましい態様）
本発明の方法はいずれの超硬研磨材を被覆するのにも使用できるが、便宜上、ダイヤモンドグリットを被覆することに関連して記載する。

ダイヤモンドグリット粒子は焼結メタルボンデッド工具（ｓｉｎｔｅｒｅｄｍｅｔａｌｂｏｎｄｅｄｔｏｏｌｓ）の製造に通常使用されるものである。それらは一般的には均一に、代表的には０．１ミクロン〜１０ｍｍに、定寸化されている。かかるダイヤモンドグリット粒子は以下のものが挙げられる：ミクロングリット（Ｍｉｃｒｏｎｇｒｉｔ）０．１〜６０ミクロン、といし用グリット（ｗｈｅｅｌｇｒｉｔ）４０ミクロン〜２００ミクロン、のこ用グリット（ｓａｗｇｒｉｔ）１８０ミクロン〜２ｍｍ、単結晶１ｍｍ〜１０ｍｍ、直径２００ｍｍ以下のディスク（ｄｉｓｃｓ）への数平方ｍｍのＣＶＤ挿入物（ｉｎｓｅｒｔｓ）、直径１０４ｍｍのディスクへの数平方ｍｍのＰＣＤ挿入物、４０ミクロン〜２００ミクロン範囲のといし用グリットの中の０．１〜６０ミクロンのミクロン範囲のｃＢＮグリット、直径１０４ｍｍ以下のディスクへの数ｍｍのＰＣＢＮ挿入物。

ダイヤモンド粒子を高温被覆法において、金属層または金属の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物の層であってもよい内層を付与するようにまず被覆する。ｃＢＮの場合には、かかる内側被膜は代表的には金属窒化物、ホウ化物またはホウ窒化物層であろう。この高温被覆法においては、かかる結合が行われるのに適する高温条件下でダイヤモンド基質に金属系被膜が適用される。使用できる代表的な高温被覆技法は、たとえば金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法、ＣＶＤ法または熱拡散法が挙げられる。金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法およびＣＶＤ法が好ましい。

金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法においては、被覆されるべき粒子を適切な気体環境（たとえば、次の一つまたはそれ以上を含有する非酸化的環境：不活性気体、水素、炭化水素、減圧）の中で、被覆用金属（たとえば、Ｔｉ）を含有する金属ハロゲン化物に曝す。金属ハロゲン化物は過程の一部として金属から生成されてもよい。

混合物は熱サイクルを受け、その間に金属ハロゲン化物が粒子の表面へＴｉを輸送し、そこでＴｉが解放されて粒子に化学結合する。

外層（単数または複数）はＰＶＤのような低温被覆（ｃｏｌｄｃｏａｔｉｎｇ）技法またはＣＶＤのような高温被覆技法を使用して付着されられてもよい。ＰＶＤが好ましい。それは、ダイヤモンド上に直接に付着されるならば、有意な炭化物形成を起こさせるには不十分な熱が発生される低温法（ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓ）である。従って、単独で使用されるならば、それはダイヤモンド粒子への劣った付着を生じさせるであろう。外側被膜を適用するためのＰＶＤ法の例は反応性スパッタリングである。この方法においては、Ｃ、ＮまたはＯのような気体を反応チャンバーの入れることによってＴｉのような金属は安定な炭化チタン、窒化チタンまたは二酸化チタンとして付着される。化合物間の比率は導入される気体の量を変動させることによって調節できる。こうして、たとえばＴｉ：Ｃの変動が達成できる。同時に２つ以上の位置からスパッタリングすることも可能であり、異なる比率または組成をもつ化合物が生じる。外層（単数または複数）は、コート自体を通しての炭素の拡散速度によって制約される内層のために使用された高温被覆法による場合よりも厚い被覆をダイヤモンド粒子の上に可能にする。外層はそれの諸性質および挙動を調整することも可能にする。

一態様においては、外側被覆層は内層の組成と同じ組成、たとえば、炭化チタン、を有する。組成が同じであっても、それら２つの層を付着させるのに異なる方法を使用することで第二層の微細組織（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の改質を可能にし、より凝集性にし、そして必然的に例えばより非浸透性にする。結果生じる厚い炭化チタン被膜はより頑強であり、そしてより高い温度またはより攻撃的な環境に耐えることができる。それはまた、研磨工具を製造するときに、たとえば、結合剤マトリックスの中の金属が被膜を通って、拡散してダイヤモンド粒子を攻撃するというようなことも無く、より大きな反応時間を可能にする。結果として、炭化チタンで被覆されたダイヤモンド粒子の使用は、従来攻撃的であり過ぎた適用に可能になる。

この実施態様における外層のＰＶＤ適用は、異なる炭化チタン組成または炭化チタン組成勾配をもつ数層を可能にもする。かかる複数層は反応性スパッタリングによって又は炭化チタンをスパッタリングすることによって適用できる。そのように実施するに際しては、炭化チタンの外層（単数または複数）を炭化チタンの内層に結合させることは、それの諸性質および格子定数を内層に対してマッチングさせることによって、向上されることが、金属結合剤マトリックスへの外層（単数または複数）の結合を向上させながらも、可能である。従って、それは炭化チタン被膜をそれらが伝統的に金属結合剤マトリックスによく結合しない応用に使用することを可能にする。一例は炭化タングステンであろうが、それはダイヤモンド表面の黒鉛化を阻止するのに使用されるであろう。

更なる実施態様においては、内層はＣＶＤ法によって適用された炭化チタン層であり、そして外層（単数または複数）は炭窒化チタンのような金属炭窒化物から形成され、それは特に攻撃的焼結条件に適する。それはそれの金属結合剤マトリックスからのＣｏ、ＦｅおよびＮｉの拡散に対するバリヤの形成に特に適しており、それによって、Ｆｅ、ＣｏおよびＣｕまたは鉄もしくは高鉄のホットプレス法（ｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）において、それを低Ｃｕで使用することが可能になる。Ｔｉ：（Ｃ，Ｎ）およびＣ：Ｎの比率は外層の諸性質を最適化するように調節することができる。再度、それは多層を可能にさせる又はＰＶＤ層中の炭窒化チタンの勾配のある配列を可能にさせる。これはもう一度、炭窒化チタン被膜が伝統的に金属結合剤マトリックスと良好な結合を形成しないそれらの適用に適するように調整されることを可能にする。その耐薬品性にとって有効な類似の例は炭窒化チタンアルミニウムである。被膜の化学的および／または物理的性質を調整するためには、金属間の又は非金属間の比率の変動は、連続的（勾配生成）または不連続的（多層生成）のどちらかで全て可能である。

更なる実施態様においては、外層は金属被膜として形成されてもよく、金属被膜は、タングステン、チタン、クロム、モリブデンおよびジルコニウムを含めてＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の遷移金属からの金属および合金および第一列遷移金属（ＴｉからＣｕまで）からの金属、特にマグネトロンスパッタリングを受けやすい非磁性金属または合金、を含む群から選ばれる。合金は上記金属を、白金族金属およびＩｂ族からの金属から選ばれた金属と共に含むであろう。例は銅またはニッケルチタンおよびニッケルクロムである。タングステンの場合、それは炭化チタン被膜がマトリックスと結合するのを阻止する被膜を提供する。従って、それは青銅結合剤（ｂｒｏｎｚｅｂｏｎｄｓ）または第一鉄金属含有結合剤を使用する攻撃的焼結条件に使用できる。それは金属結合剤マトリックスによりよく結合するように調整されることもできる。また、金属組成を変更することによって、内側コートの耐薬品性、拡散、融点およびマトリックスによって合金化する性向を調整することも可能である。

次に、本発明を下記の非限定的な実施例に関連して単なる例によって詳細に記載する。

エレメント・シックス（ＥｌｅｍｅｎｔＳｉｘ）からのダイヤモンドグリット、４０／４５ＵＳメッシュサイズ、をＣＶＤ法にて被覆して、この分野で周知の一般的方法に従ったＴｉＣ被覆ダイヤモンドを製造した。次いで、このＣＶＤＴｉＣ被覆ダイヤモンドを第二被覆工程のための基質として使用した。

このＴｉＣ被覆ダイヤモンド、４０／４５ＵＳメッシュサイズ、の３０００キャラットを、回転バレルとターゲットとしての大きな純チタン金属板をもったマグネトロンスパッタコーター（ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｃｏａｔｅｒ）の中に置いた。コーティングチャンバー（ｃｏａｔｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ）を排気し、アルゴンを入れ、そしてプラズマを発生させるために電源を入れた。全てのダイヤモンド粒子の上に均一な被覆を確保するためにバレルを回転させながら、スパッタリング電力を５０００Ｗに上昇させた。チタン金属のスパッタリングは１６０分間の実験を２回続行し、第一実験後に続行前に分析用にサンプルを採取した。被覆ダイヤモンドは放冷してからチャンバーから取り出した。

第二実験後のこの被覆ダイヤモンドについて、Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分析、被膜の化学的検定、光学および走査電子顕微鏡画像分析、および後でＳＥＭでの断面分析を伴う粒子破壊からなる分析を行った。

目視的には、この被覆は灰色の金属色に見えた。この着色は各粒子の上に均一に分布されているように見え、そして各粒子は同じに見えた。被覆は均一でかつ未被覆域のないものに見えた。ＳＥＭでの観察はやはり、僅かに荒い形態の凝集粒子の均一被覆を示した。この特殊被覆は結果として３．４％の含量検定を生じた。このバッチに使用されたこのサイズにおけるＴｉＣ被膜は代表的には０．７７％の含量検定を有している。従って、３．４％の残余はＴｉＣの上のチタン層のせいである。粒子を破壊し、そしてＳＥＭで観察したら、２つの被膜が微細組織によってのみ区別できた。ＰＶＤコーティングはＣＶＤＴｉＣサブコーティングの上に１ミクロンであると測定された。ＸＲＤを使用して分析したとき、ダイヤモンド、ＴｉＣおよびＴｉ金属が見出された。ＸＲＦ分析は１００％Ｔｉを示した。

ＣＶＤＴｉＣ被覆ダイヤモンドを実施例１におけるように製造した。次いで、このＴｉＣ被覆ダイヤモンドを第二被覆工程のための基質として使用した。このＴｉＣ被覆ダイヤモンド、４０／４５ＵＳメッショサイズ、の５００キャラットを、回転バレルとターゲットとしての大きな純チタン金属板をもったマグネトロンスパッタコーターの中に置いた。コーティングチャンバーを排気し、アルゴンを入れ、そしてプラズマを発生させるために電源を入れた。全てのダイヤモンド粒子の上に均一な被覆を確保するためにバレルを回転させながら、スパッタリング電力を５０００Ｗに上昇させた。チタン金属のスパッタリングは１２０分間続行した。被覆ダイヤモンドは放冷してからチャンバーから取り出した。

この被覆ダイヤモンドについて、Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分析、被膜の化学的検定、光学および走査電子顕微鏡画像分析、および後でＳＥＭでの断面分析を伴う粒子破壊からなる分析を行った。

目視的には、この被覆は灰色の金属色に見えた。この着色は各粒子の上に均一に分布されているように見え、そして各粒子は同じに見えた。被覆は均一でかつ未被覆域のないものに見えた。ＳＥＭでの観察はやはり、僅かに荒い形態の凝集粒子の均一被覆を示した。この特殊被覆は結果として３．７７％の含量検定を生じた。このバッチに使用されたこのサイズにおけるＴｉＣ被膜は代表的には０．７７％の含量検定を有している。従って、３．７７％の残余はＴｉＣの上のチタン層に起因する。それら粒子を破壊し、そしてＳＥＭで観察した。２つの被膜はやはり微細組織によってのみ区別できた。ＰＶＤコーティングはＣＶＤＴｉＣサブコーティングの上に１〜２ミクロンであると測定された。ＸＲＤを使用して分析したとき、ダイヤモンド、ＴｉＣおよびＴｉが見出された。ＸＲＦ分析は１００％Ｔｉを示した。

ＣＶＤＴｉＣ被覆ダイヤモンドを実施例１におけるように製造した。次いで、このＴｉＣ被覆ダイヤモンドを被覆のための基質として使用した。このＴｉＣ被覆ダイヤモンド、４０／４５ＵＳメッショサイズ、の１０００キャラットを、回転バレルとターゲットとしての大きな純ケイ素金属板をもったマグネトロンスパッタコーターの中に置いた。コーティングチャンバーを排気し、アルゴンを入れ、そしてプラズマを発生させるために電源を入れた。２０ｓｃｃｍアルゴン圧において全てのダイヤモンド粒子の上に均一な被覆を確保するためにバレルを回転させながら、スパッタリング電力をターゲット上で５Ａ（４００Ｖ）に上昇させた。ブタンガスは３０ｓｃｃｍの圧力を達成するように入れた。炭素と反応したケイ素のスパッタリングを５時間続行した。被覆ダイヤモンドは放冷してからチャンバーから取り出した。

目視的には、この被覆は粒子間に虹効果を有するように見えており、赤、緑、青および金色の着色が見られた。被覆は均一でかつ未被覆域のないものに見えた。ＳＥＭでの観察は平滑な形態をもった均一な被覆を示した。２層構造が明瞭に証明されており、ＳｉＣ層は約０．２５ミクロンの厚さを有していた。この特殊被覆は結果として０．５９％の含量検定を生じた。このバッチに使用されたこのサイズにおけるＴｉＣ被膜は代表的には０．４５％の含量検定を有している。従って、０．５９％の残余はＴｉＣの上のＳｉＣ層のせいである。ＸＲＤを使用して分析したとき、ダイヤモンド、ＴｉＣ、およびＳｉＣであると信じられるもの、が見出された。ＸＲＦ分析は７８％Ｔｉと２２％Ｓｉを示した。

ＣＶＤＴｉＣ被覆ダイヤモンドを実施例１におけるように製造した。次いで、このＴｉＣ被覆ダイヤモンドを被覆のための基質として使用した。このＴｉＣ被覆ダイヤモンド、４０／４５ＵＳメッショサイズ、の１０００キャラットを、回転バレルとターゲットとしての大きな純アルミニウム金属板をもったマグネトロンスパッタコーターの中に置いた。コーティングチャンバーを排気し、アルゴンを入れ、そしてプラズマを発生させるために電源を入れた。２０ｓｃｃｍアルゴン圧において全てのダイヤモンド粒子の上に均一な被覆を確保するためにバレルを回転させながら、スパッタリング電力をアルミニウムターゲット上で８Ａ（２９０Ｖ）に上昇させた。酸素ガスは３０％の光学発光の測定値（ＯｐｔｉｃａｌＥｍｉｓｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を達成するように入れた。酸素と反応したアルミニウムのスパッタリングは１時間続行した。被覆ダイヤモンドは放冷してからチャンバーから取り出した。

目視的には、この被覆はＣＶＤＴｉＣ被覆とは非常に異なっているとは見えなかった。より精密な検査では、粒子上に薄い乳白色の被膜が見えた。ＳＥＭでの観察はＣＶＤＴｉＣの上に非常に薄い平滑な被膜を示した。２層構造は証明されず、完全層は約０．６ミクロンの厚さを有していた。この特殊被覆は結果として０．６９％の含量検定を生じた。このバッチに使用されたこのサイズにおけるＴｉＣ被膜は代表的には０．４５％の含量検定を有している。従って、０．６９％の残余はＴｉＣの上のＡｌ_２Ｏ_３層のせいである。ＸＲＤを使用して分析したとき、ダイヤモンとＴｉＣが見出された。ＸＲＦ分析は８５％Ｔｉと１５％Ａｌを示した。

ＣＶＤＴｉＣ被覆ダイヤモンドを実施例１におけるように製造した。次いで、このＴｉＣ被覆ダイヤモンドを被覆のための基質として使用した。このＴｉＣ被覆ダイヤモンド、４０／４５ＵＳメッショサイズ、の１０００キャラットを、回転バレルとターゲットとしての大きな純アルミニウム金属板をもったマグネトロンスパッタコーターの中に置いた。コーティングチャンバーを排気し、アルゴンを入れ、そしてプラズマを発生させるために電源を入れた。２０ｓｃｃｍアルゴン圧において全てのダイヤモンド粒子の上に均一な被覆を確保するためにバレルを回転させながら、スパッタリング電力をターゲット上で６Ａ（２９０Ｖ）に上昇させた。Ｃ_４Ｈ_１０ガスは５０％の光学発光の測定値を達成するように入れた。炭素と反応したアルミニウムのスパッタリングを１時間続行した。被覆ダイヤモンドは放冷してからチャンバーから取り出した。

目視的には、この被覆は反射された虹効果を伴った灰色−褐色の色を有するように見えた。被覆は均一で平滑でかつ未被覆域のないものに見えた。ＳＥＭでの観察は比較的平滑な形態をもった非常に薄い均一被覆を示した。２層構造は証明されず、完全層は約０．２５ミクロンの厚さを有していた。この特殊被覆は結果として０．７１％の含量検定を生じた。このバッチに使用されたこのサイズにおけるＴｉＣ被膜は代表的には０．４５％の含量検定を有している。従って、０．７１％の残余はＴｉＣの上のＡｌＣ層のせいである。ＸＲＤを使用して分析したとき、ダイヤモンドとＴｉＣだけが見出された。ＸＲＦ分析は７７％Ｔｉと２３％Ａｌを示した。

Claims

被覆された、ダイヤモンドおよびＣＢＮから選ばれた超硬研磨材を製造する方法であって、高温被覆法を使用して研磨材の表面に内層として炭化物、窒化物またはホウ化物を（単独で又は組合せで）形成することができる元素を適用し、そして低温法によって遷移金属類、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物および炭窒化物形成性の金属類、金属炭化物類、金属窒化物類、金属ホウ化物類、金属酸化物類および金属の炭窒化物類、ホウ窒化物類およびホウ炭窒化物類を含む群から選ばれた被覆材の少なくとも一つの外層を適用することを含む、上記方法。
内層または被膜の適用が、金属ハロゲン化物気体相からの付着を伴う方法、ＣＶＤ法、および熱拡散法を含む群から選ばれた高温被覆法による、請求項１記載の方法。
内層が、周期表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＩＩＩｂおよびＩＶｂ族を含む群から選ばれた元素から形成される、請求項１または２記載の方法。
内層が、バナジウム、モリブデン、タンタル、インジウム、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、ホウ素およびケイ素を含む群から選ばれた元素から形成される、請求項３記載の方法。
外層が物理蒸着によって適用される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
外側被覆層が、反応性ガスとスパッタリングされた元素との化合物の付着を結果として生じさせる反応性ガスを使用する反応性スパッタリングによって適用される、請求項５記載の方法。
外側被膜が、それぞれ炭化水素または窒素を与えることによって形成された炭化または窒化チタン、炭化または窒化ケイ素、または炭化または窒化アルミニウムである、請求項６記載の方法。
超硬材料がダイヤモンドまたはｃＢＮグリット、ＰＣＤ基質、熱安定性ＰＣＤ（ＴＳＰＣＤ）基質、ＰｃＢＮ基質、ＣＶＤダイヤモンド皮膜、または単結晶ダイヤモンド基質である、請求項１記載の方法。
内層と外側被膜は同じ組成を有するが異なる微細組織を有する、請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
内層と外側被膜が両方とも炭化チタンである、請求項９記載の方法。
内層が炭化チタンであり、そして外側被膜が炭窒化チタンまたは炭窒化チタンアルミニウムである、請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
外側被膜が金属被膜として形成され、該金属被膜が、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ遷移金属からの金属類および合金類、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物および炭窒化物形成性の金属類、金属炭化物類、金属窒化物類、金属ホウ化物類、金属酸化物類および金属の炭窒化物類、ホウ窒化物類およびホウ炭窒化物類を含む群から選ばれる、請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
合金が一つまたはそれ以上の白金族金属または周期表のＩｂ族からの金属を含む、請求項１２記載の方法。
金属がチタン金属である、請求項１２記載の方法。